一种考虑脚轮感知的基于MPC的移动机器人运动规划器
机器人学
2022-04-12 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
差速驱动移动机器人常使用一个或更多脚轮来保持平衡。脚轮因其几乎可原地朝任意方向转动而备受青睐，使机器人也能如此，从而极大简化了运动规划与控制。然而，在将脚轮对齐至预期运动方向时，会产生所谓的钻孔力矩（bore torque）。结果，移动机器人需要额外的电机力矩，在某些情况下可能超出电机能力或损害运动规划器的精度。我们未采用将导航与扰动抑制算法分离的耦合式方法，而是提出将脚轮感知嵌入运动规划器。为此，我们提出一个与基于MPC的控制方法兼容的脚轮感知项，在运动规划阶段利用脚轮的存在。作为概念验证，该 term 与一个模型预测轨迹跟踪控制器相结合。由于此方法需要脚轮转角与滚动速度的知识，我们还给出了一个估计这些状态的观测器。该方法的有效性在内部物流机器人实验中得到展示，并与解耦的钻孔力矩抑制方法以及无视脚轮的控制器进行比较。此外，实验表明所提出的脚轮估计器性能足够良好，从而避免了额外传感器的需要。
引用
@article{arxiv.2110.05604,
title = {A caster-wheel-aware MPC-based motion planner for mobile robotics},
author = {Jon Arrizabalaga and Niels van Duijkeren and Markus Ryll and Ralph Lange},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.05604},
year = {2022}
}